Analisis Ukuran dan Bentuk Layar Kapal Ikan Jenis Purse Seine; Studi kasus KM Maju. Yogi Rianto

LOGO

4106100088

Dosen Pembimbing : Ahmad Nasirudin, S.T.,M.Eng

JURUSAN TEKNIK PERKAPALAN FAKULTAS TEKNOLOGI KELUATAN INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

Latar belakang

1

•

Kenaikan Harga BBM

•

lebih dari 50 persen ongkos produksi

nelayan tradisional adalah biaya membeli

BBM (Suara Merdeka, 14 Maret 2011)

•

Penentuan ukuran layar didasarkan dari

pengalaman yang turun temurun (Iwan

K,2006)

Perumusan Masalah

2

3

Bagaimana

analisa

untuk

mendapatkan

ukuran dan bentuk layar yang dapat bekerja

secara optimal untuk menghasilkan Thrust

terbesar pada KM Maju. Sehingga dapat

mengurangi besarnya tingkat konsumsi bahan

bakar main engine kapal.

Batasan Masalah

3

• Model/bentuk layar yang dianalisis adalah bentuk

”eksis” dari layar KM Maju dengan memvariasikan bentuk layar utama (main sail).

• Layar utama (main sail) divariasikan terbatas pada

bentuk segitiga, persegi panjang dan trapesium.

• Analisis yang dilakukan terhadap gaya dorong layar

dibatasi pada arah angin dari belakang kapal (down wind) dengan posisi 90º terhadap arah angin (angle of

attack, Į) serta kapal bergerak dengan arah 180º

Tujuan

4

3

• Untuk mendapatkan ukuran dan bentuk layar yang

dapat bekerja secara optimal untuk menghasilkan Thrust terbesar pada KM Maju.

• Untuk mendapatkan besarnya penghematan bahan

bakar pada KM Maju pada saat menggunakan layar.

Manfaat

5

1.

Menjadi masukan bagi pihak nelayan agar

mempertimbangkan pemakaian layar guna

mereduksi tingkat konsumsi bahan bakar.

2.

Menjadi referensi bagi Balai Besar

Pengembangan Penangkapan Ikan (BBPPI)

Kementrian Kelautan dan Perikanan dalam

menentukan kapal yang hemat BBM dan

ramah lingkungan untuk nelayan di

KESIMPULAN

Perhitungan gaya dorong layar variasi

Validasi hasil perhitungan dengan pengukuran di lapangan Perhitungan penghematan bahan bakar Pengumpulan data Perhitungan Hambatan

Dengan metode numerik enggunakan simulasi CFD

Pengujian kapal dan layar di

lapangan Metode Holtrop dan

Van Oortmeersen dengan software Maxsurf

Data KM Maju (hasil survey)

1

KM Maju

L

: 14.5m

B

: 4.06m

H

: 1.61m

T

: 0.55m

Lines Plan KM Maju

Pengujian di Lapangan

Ukuran Layar Eksis

• Fore Sail (segitiga) = 18,6 m2

• Main Sail (Trapesium) =21,21 m2

Lokasi Pengujian

Hasil Pengujian di Lapangan

Kecepatan Angin (Knot) Kecepatan Kapal (Knot) 3,6 1,5 4 1,5 4,5 1,5 4,7 1,5 5 1,8 5,1 2 5,4 2,2 5,6 2,2 5,8 2,2 5,9 2,3 6,2 2,3 6,3 2,4 6,4 2,4 6,6 2,4 6,8 2,4 6,9 2,5 7 2,5 7,1 2,5 7,2 2,6

Kecepatan Angin (Knot) Kecepatan Kapal (Knot)

7,3 2,6 7,4 2,6 7,5 2,8 7,6 2,8 7,7 2,9 7,8 2,9 7,9 3 8 3,1 8,1 3,1 8,2 3,7 8,3 3,7 8,4 3,7 8,6 3,8 8,8 3,9 9 4 9,1 4 9,4 4,2 10 4,3

Hasil Pengujian di Lapangan (lanjutan)

y = 0,713e0,186x 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 0 2 4 6 8 10 12 Kecepatan Kapal (Knot)

Kecepatan Angin ( Knot)

Grafik Kecepatan angin - Kecepatan kapal

Perhitungan Hambatan Kapal

™ Model badan kapal

ƒ Teknik image

background

ƒ mendapatkan bentuk

3D badan kapal yang diinginkan

™ Prosentase selisih nilai

hambatan model Maxsurf dan pengujian Towing tank rata –

rata ± 2.68% (A.S. Anwar, 2010)

Hasil Perhitungan Hambatan Kapal

Kecepatan kapal (knot) ( kN ) 1 1 0,05 2 2 0,19 3 3 0,39 4 4 0,66 5 5 1,02 6 6 1,56 7 7 2,76 8 8 3,88 9 9 8,97 10 10 15,58 No RT 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 0 2 4 6 8 10 12 H am b at an (k N ) Kecepatankapal (knot) Hambatan   > @ W W R C k C S V W A F tot 1   2 1 R_T U 2

Variasi Ukuran main sail

Bentuk

Trapesium (eksis) Persegi Panjang

Segitiga

Luas (m

2

)

21,21

21,21

21,21

Chord/lebar (m)

5,00

4,24

5,66

Pemodelan CFD

™ Analisa CFD :

ƒ Pre processor

ƒ Solver ( proses running program )

ƒ Post processor ( hasil )

ƒ Validasi

ƒ Grid Independence

ƒ Hasil pengujian lapangan

™ Pembuatan geometri kapal dan layar Î Auto cad 3D

ƒ Model wire frame

Lanjutan

™ Import model 3D Auto cad ke

program Ansys ICEM CFD

™

Pendefinisian bagian – bagian

:

ƒ Inlet ( 1 x L kapal ) ƒ Outlet ( 1 x L kapal ) ƒ Wall ( 3 x L kapal ) ƒ Kapal ƒ Layar

Lanjutan

™ Meshing

ƒ Element tetrahedral Î

digunakan untuk model unstruktural

Lanjutan

™ ICEM CFD Î CFX

ƒ Penentuan kondisi batas (Boundary Condition)

ƒ Penentuan fluid properties

ƒ Solver

ƒ Pendapatan hasil gaya – gaya Lift dan Drag layar

Lanjutan

™ Penentuan boundary condition :

ƒ Inlet : resultan vektor kecepatan fluida

ƒ Outlet : average static pressure 0 Pa

ƒ Wall : free slip (nilai shear stress = 0, kecepatan fluida tidak mengalami perlambatan)

ƒ Kapal dan layar : no slip (kecepatan fluida mengalami perlambatan sesuai tingkat kekasaran model)

Lanjutan

™ Fluid properties

ƒ Fluid type : udara pada 25˚ C

ƒ Turbulensi : k-epsilon

Lanjutan

™ Hasil gaya – gaya

ƒ Lift : resultan gaya yang tegak lurus dari arah aliran fluida

VALIDASI - GRID INDEPENDENCE

476 478 480 482 484 486 488 490 3000000 3500000 4000000 4500000 Gay a Drag (N) Jumlah Meshing Grid Independece Grid Independece

™ Penentuan jumlah elemen dalam pemodelan CFD

GAYA LIFT DAN DRAG SIMULASI

NO Ke ce patan angin (knot) DRAG (N) LIFT (N) ȕ FR FH

1 3 44,1259 0,0263022 180 44,1259 -0,0263 2 4 78,4458 0,0481407 180 78,4458 -0,0481 3 5 122,575 0,0771899 180 122,575 -0,0772 4 6 176,561 0,114602 180 176,561 -0,1146 5 7 240,325 0,158837 180 240,325 -0,1588 6 8 313,9 0,210791 180 313,9 -0,2108 7 9 397,409 0,272212 180 397,409 -0,2722 8 10 490,633 0,340374 180 490,633 -0,3404

KONTRIBUSI KECEPATAN MODEL LAYAR CFD

KecepatanAngin (knot) 1 4 2 5 3 6 4 7 5 8 6 9 7 10 3,027 3,373 1,203 1,518 1,904 2,252 2,620 No Kecepatankapal(knot) Trapesium

MODEL LAYAR CFD & LAPANGAN

y = 0,713e0,186x y = 0,647e0,171x 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 0 2 4 6 8 10 12 Kecepatan kapal (knot)

Kecepatan angin (knot)

Trapesium (lapangan) Trapesium (CFD)

Penyebab Perbedaan CFD & Lapangan

•

Idealisasi Chamber

menghasilkan gaya dorong yang kecil dan

efisiensi yang rendah. (Fajar A.W ,2010)

•

kesalahan perhitungan CFD antara 10%

sampai 20% biasa terjadi. (Miyata. H., Lee,

Y.W., 1999)

variasi main sail

KecepatanAngin

(knot) Trapesium P.panjang Segitiga

1 4 1,203 1,205 1,203 2 5 1,518 1,521 1,519 3 6 1,904 1,907 1,904 4 7 2,252 2,255 2,252 5 8 2,620 2,624 2,620 6 9 3,027 3,031 3,028 7 10 3,373 3,377 3,375 No Kecepatankapal(knot) 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Kecepatan kapal (knot)

Kecepatan Angin (knot)

Trapesiu m (eksis) Persegi panjang Segitiga

Perhitungan Penghematan BBM

Kondisi WaktuTempuh

Jikamemakaimesin 15,35 liter 12,8 milllaut 1jam46menit 7,1125 knot Jikamemakailayar 3,07 liter 12,8 milllaut 2jam8menit 3 Knot KonsumsiBBM JarakTempuh Kec.Rata2

Konsumsi BBM kapal (jika memakai mesin tanpa layar) selama 1 bulan = 15,35liter x 2(pp) x 30 hari = 921 liter/bulan/kapal

Menggunakan layar 3,07 liter x 2 (pp) x 30 hari = 184,2 liter/bulan

Jadi penggunaan layar pada KM Maju dapat melakukan

KESIMPULAN

• Bentuk main sail persegi panjang memiliki konstribusi yang paling

besar dibandingkan dengan bentuk trapesium dan segitiga

• penggunaan layar dapat menghemat penggunaan BBM

™

Driving Force, F

_R

F

_R

= L sin ȕ – D cos ȕ

™

Heeling Force, F

_H

Kecepatan kapal

(knot) (N) Vangin3knot Vangin4knot Vangin5knot Vangin6knot Vangin7knot Vangin8knot Vangin9knot Vangin10knot 1 1 50 Ͳ5,8741 28,4458 72,575 126,561 190,325 263,9 347,409 440,633 2 2 190 Ͳ145,8741 Ͳ111,5542 Ͳ67,425 Ͳ13,439 50,325 123,9 207,409 300,633 3 3 390 Ͳ345,8741 Ͳ311,5542 Ͳ267,425 Ͳ213,439 Ͳ149,675 Ͳ76,1 7,409 100,633 4 4 660 Ͳ615,8741 Ͳ581,5542 Ͳ537,425 Ͳ483,439 Ͳ419,675 Ͳ346,1 Ͳ262,591 Ͳ169,367 5 5 1020 Ͳ975,8741 Ͳ941,5542 Ͳ897,425 Ͳ843,439 Ͳ779,675 Ͳ706,1 Ͳ622,591 Ͳ529,367 6 6 1560 Ͳ1515,8741 Ͳ1481,5542 Ͳ1437,425 Ͳ1383,439 Ͳ1319,675 Ͳ1246,1 Ͳ1162,591 Ͳ1069,367 7 7 2760 Ͳ2715,8741 Ͳ2681,5542 Ͳ2637,425 Ͳ2583,439 Ͳ2519,675 Ͳ2446,1 Ͳ2362,591 Ͳ2269,367 8 8 3880 Ͳ3835,8741 Ͳ3801,5542 Ͳ3757,425 Ͳ3703,439 Ͳ3639,675 Ͳ3566,1 Ͳ3482,591 Ͳ3389,367 9 9 8970 Ͳ8925,8741 Ͳ8891,5542 Ͳ8847,425 Ͳ8793,439 Ͳ8729,675 Ͳ8656,1 Ͳ8572,591 Ͳ8479,367 10 10 15580 Ͳ15535,874 Ͳ15501,5542 Ͳ15457,425 Ͳ15403,439 Ͳ15339,675 Ͳ15266,1 Ͳ15182,591 Ͳ15089,367 No RT 6 F = FR - RT(N) Kecepatan kapal

(knot) (N) Vangin3knot Vangin4knot Vangin5knot Vangin6knot Vangin7knot Vangin8knot Vangin9knot Vangin10knot 1 1 50 Ͳ0,000250826 0,001214646 0,00309898 0,005404202 0,008126948 0,011268628 0,014834493 0,018815193 2 2 190 Ͳ0,006228878 Ͳ0,00476341 Ͳ0,00287907 Ͳ0,00057385 0,002148896 0,005290576 0,008856441 0,012837141 3 3 390 Ͳ0,014768953 Ͳ0,01330348 Ͳ0,01141915 Ͳ0,00911392 Ͳ0,00639118 Ͳ0,0032495 0,000316367 0,004297066 4 4 660 Ͳ0,026298053 Ͳ0,02483258 Ͳ0,02294825 Ͳ0,02064302 Ͳ0,01792028 Ͳ0,0147786 Ͳ0,01121273 Ͳ0,00723203 5 5 1020 Ͳ0,041670187 Ͳ0,04020471 Ͳ0,03832038 Ͳ0,03601516 Ͳ0,03329241 Ͳ0,03015073 Ͳ0,02658487 Ͳ0,02260417 6 6 1560 Ͳ0,064728387 Ͳ0,06326291 Ͳ0,06137858 Ͳ0,05907336 Ͳ0,05635061 Ͳ0,05320893 Ͳ0,04964307 Ͳ0,04566237 7 7 2760 Ͳ0,115968833 Ͳ0,11450336 Ͳ0,11261903 Ͳ0,11031381 Ͳ0,10759106 Ͳ0,10444938 Ͳ0,10088351 Ͳ0,09690281 8 8 3880 Ͳ0,163793249 Ͳ0,16232778 Ͳ0,16044344 Ͳ0,15813822 Ͳ0,15541547 Ͳ0,15227379 Ͳ0,14870793 Ͳ0,14472723 9 9 8970 Ͳ0,38113814 Ͳ0,37967267 Ͳ0,37778833 Ͳ0,37548311 Ͳ0,37276037 Ͳ0,36961869 Ͳ0,36605282 Ͳ0,36207212 10 10 15580 Ͳ0,663387596 Ͳ0,66192212 Ͳ0,66003779 Ͳ0,65773257 Ͳ0,65500982 Ͳ0,65186814 Ͳ0,64830228 Ͳ0,64432158 KontribusiPercepatan(m/s2) No RT F_R - R_T= ¨ x a

main sail Persegi panjang _{main sail Segitiga} main sail Trapesium

9

Analisa Resistance

™ Analisa resistance dengan metode “Holtrop” dan “van Oortmeersen”

™ Range kecepatan (0 – 10 knot)

(Grafik resistance model)

  > @ W W R C k C S V W A F tot 1   2 1 RT U 2

9

K epsilon

1. metode K-Eps diperuntukkan untuk simulasi fluida untuk kasus yang baik untuk memprediksi aliran untuk daerah di Free Stream velocity tanpa gangguan dasar laut

2. metode K-omega diperuntukkan untuk daerah simulasi fluida yang di dekat dasar laut akibat morfologi dasar laut. 3. sedangkan metode K-omega itu terdiri

dari BSL dan SST, SST biasanya

digunakan untuk permukaan dasar laut yang mempunyai kekasaran tinggi.

9

Analisa Stabilitas

Kriteria stabilitas mengacu pada peraturan FAO/ILO/IMO

Voluntary Guidelines for the Design,Construction, and Equipment of Small Fishing [2005]

Kondisi pemuatan mengacu IMO (International Maritime

Organization), Intact Stability for All Types of Ships Covered by IMO Instruments Resolution A.749 (18) untuk kapal ikan

9

Kondisi Pemuatan

• Kondisi 1 : kapal berangkat dari pelabuhan ke fishing ground. Pada

kondisi ini, muatan kapal (ikan) masih kosong. BBM, provision,es pendingin dan air tawar dalam keadaan penuh.

• Kondisi 2 : kapal berangkat dari fishing ground. Pada kondisi ini, muatan

penuh, BBM, provision, air tawar tinggal 25 %.

• Kondisi 3 : kapal tiba di home port dengan kondisi BBM, provision, air

tawar tinggal 10 % dan muatan penuh.

• Kondisi 4 : kapal tiba di home port dengan kondisi BBM, provision, air

9

Kriteria stabilitas

• Luas di bawah kurve lengan pengembali (kurva GZ) sampai sudut 30˚ tidak kurang dari 0.055 m.rad

• Luas dibawah kurva lengan pengembali (kurva GZ) sampai sudut 40˚, tidak kurang dari 0.090 m.rad

• Luas di bawah kurva lengan pengembali (kurva GZ) antara sudut 30˚ dan sudut 40˚ atau antara sudut 30˚ dan sudut downflooding (ș_f) jika sudut tersebut kurang dari 40˚, tidak kurang dari 0.030 m.rad

• Lengan pengembali GZ pada sudut oleng sama atau lebih dari 30˚ minimal 0.20 m

• Lengan pengembali maksimum terjadi pada oleng tidak boleh kurang dari 25˚

1 2 3 4

1 A rea 0 to 30 0,055 m.deg 0,356 0,229 0,229 0,098

2 A rea 0 to 40 0,090 m.deg 0,545 0,366 0,366 0,177

3 A rea 30 to 40 0,030 m.deg 0,188 0,137 0,138 0,080

4 M ax GZ at 30 or greater 0,200 m 1,110 0,798 0,799 0,563

5 A ngle of maximum GZ 25 deg 42 40 40 54

6 Initial GM 0,35 m 0,900 1,783 1,784 0,893

Status Pas s Pas s Pas s Pas s

No Kriteria IM O Unit Kondis i Stabilitas awal 1 2 3 4 1 A rea 0 to 30 0,055 m.deg 0,356 0,381 0,229 0,100 2 A rea 0 to 40 0,090 m.deg 0,545 0,578 0,366 0,182 3 A rea 30 to 40 0,030 m.deg 0,188 0,198 0,138 0,081 4 M ax GZ at 30 or greater 0,200 m 1,110 1,158 0,799 0,572

5 A ngle of maximum GZ 25 deg 42 42 40 54

6 Initial GM 0,350 m 3,540 3,948 1,784 0,909

Status Pas s Pas s Pas s Pas s

No Kriteria IM O Unit

Kondis i

Stabilitas + layar persegi panjang

Stabilitas + layar segitiga

1 2 3 4

1 A rea 0 to 30 0,055 m.deg 0,356 0,381 0,229 0,100 2 A rea 0 to 40 0,090 m.deg 0,545 0,578 0,366 0,182 3 A rea 30 to 40 0,030 m.deg 0,188 0,198 0,138 0,081 4 M ax GZ at 30 or greater 0,200 m 1,110 1,158 0,799 0,572 5 A ngle of maximum GZ 25 deg 42 42 40 54 6 Initial GM 0,350 m 3,540 3,948 1,784 0,908

Status Pas s Pas s Pas s Pas s No Kriteria IM O Unit Kondis i 1 2 3 4 1 A rea 0 to 30 0,055 m.deg 0,356 0,381 0,229 0,095 2 A rea 0 to 40 0,090 m.deg 0,545 0,578 0,366 0,172 3 A rea 30 to 40 0,030 m.deg 0,188 0,198 0,138 0,077 4 M ax GZ at 30 or greater 0,200 m 1,110 1,158 0,799 0,539 5 A ngle of maximum GZ 25 deg 42 42 40 53 6 Initial GM 0,350 m 3,540 3,948 1,784 0,868

Status Pas s Pas s Pas s Pas s No Kriteria IM O Unit

• Adik W,F (2010), Tugas Akhir , Analisis Desain Layar Menggunakan Simulasi

Computational Fluid Dynamics dan Pengujian pada Wind Tunnel, ITS, Surabaya.

• C. A. Marchaj (1982), Sailing Theory and Practice, New York, United State.

• Direktorat Proyek Pengembangan Kurikulum Dikmenjur Direktorat Pendidikan Menengah Kejuruan Direktorat Jenderal Pendidikan Dasar dan Menengah Departemen Pendidikan Nasional. 2003. “Menghitung Stabilitas Kapal”. Jakarta.

• Doyle, T dkk (2002), Annual research, Towards sail-shape optimization of a modern clipper

ship, center for turbulence research.

• Fujiwara, dkk (2003), National Maritime Research Institute, On Aerodynamic Characteristics of a Hybrid Sail with Square Soft Sail, Tokyo.

• FAO/ILO/IMO (2005), Voluntary Guidelines for the Design, Construction and Equipment of

Small Fishing Vessels.

• H. Miyata, Y.-W. Lee (1999), Application of CFD simulation to the design of sails, Journal of Marine Science and Technology, Vol.4, 163-17

• Harvald, S A (1983), Resistance and Propulsion of Ships, John Wiley and Sons, Toronto, Canada.

• Hasanudin (2008), Modul Pelatihan Maxsurf, FTK, ITS, Surabaya.

• Kurniawan, I (2006), Tugas Akhir, Studi Penentuan Jumlah dan Jenis Layar yang Optimal

pada Sistem Propulsi Kombinasi Layar dan Motor pada Kapal Kayu Penangkap Ikan “Cahaya Bone”, ITS, Surabaya.

• Lewis Edward V, 1988. “Principle of Naval Architecture”, second revision, vol I. Stability and Strength. The society of Naval Architecture and marine Engineering, 601, Pavonia Avenue, Jersey city, NJ.

• LPPM ITS, (2010), Modul Training CFD, ITS, Surabaya.

• Maruta Jaya 900, (2005). <http://www.songlinecruises.com/WindjammerReliefEffort.php >.

• Muhsin Aydin and Aydin Salci, Oktober. 2008. Resistance Characteristics of Fishing Boats

Series of ITU, Marine Technology Vol. 45, No. 4, pp. 194–210.

• Nasirudin,A (2002), Tugas Akhir, Desain Layar Simulasi CFD, ITS, Surabaya.

• Pike, D (1993), Motor Sailing, Adlard Coles Nautical, London.

• Sahrun,T (1998),Membangun Kapal Ikan Secara Praktis, Jakarta

• Syariful A,A (2010),Tugas Akhir, Analisa Teknis Pemasangan Layar Sebagai Alat Penggerak

Bantu Pada Kapal General Cargo KM. Belitung, ITS, Surabaya.

• Versteeg H.K and Malalasekera W (1995), An Introduction to Computational Fluid

Dynamics, Longman Scientific & Technical, England.

• Yoshimura, Y, (2002), A Prospect of Sail-Assisted Fishing Boats, The Japaneses Society Fisheries Science.